驱动蛋白与微球/微胶囊的共组装及物性研究

Biological motors can effectively convert bioenergy into chemical energy in biological systems to achieve energy transfer, and the chemical energy can be further converted into mechanical energy for material transport; therefore they are widely studied and applied in the construction of bio-devices. How to achieve facile temporally/spatially control over the movements of molecular motors is the foundation for constructing smart bio-devices, and solving these scientific problems is the key to achieve this goal. The project will focus on the preparation of stimuli responsive functional micro/nano-spheres/capsules/tubes through layer-by-layer assembly technology and templates method, and then co-assemble with the molecular motor kinesin and microtubule to construct the kinesin-microtubule active biomimetic system. These micro/nano-spheres/capsules can load/synthesize/release energy ATP by engineering appropriate external stimulus, and the assembled tubes or tracks can restrict and guide the movement of microtubules, thus achieve intelligent control over kinesin-microtubule active biomimetic system. The activity and behavior of kinesin in different physicochemical conditions will be investigated to obtain the key influencing factors for the movement of kinesin, and then optimize the working conditions of kinesin. These researches will provide important experimental references for understanding the biological mechanism of the linear motor protein movement and kinesin related disease treatment.

生物马达在生物体系中能有效地将生物能转化为化学能，实现能量传递，进一步转化为机械能，用于物质运输，因而在体外被广泛研究，并尝试用于生物器件的构建。如何在空间和时间上有效控制线性马达蛋白的运动，是实现构建智能生物器件的基础，解决这些科学问题是实现这一目标的关键。本项目拟开展的工作是基于层层组装技术和模板法制备一系列刺激响应性的功能微纳米球/胶囊/管，将其与线性驱动蛋白和微管共组装，构建活性仿生体系。通过改变外部环境实现能量ATP在微纳米球/胶囊中的可控装载、合成和释放；进一步通过设计和组装特定结构的轨道，控制其定向运动，进而在时间上和空间上实现马达蛋白的体外生物活动的调控。研究驱动蛋白在不同物理化学条件下的活性和运动规律，获取影响驱动蛋白运动的关键因素，优化驱动蛋白的工作条件，为深入理解线性马达蛋白运动的生物机制及与之相关的疾病治疗提供重要的实验参考和依据。

线性生物分子马达驱动蛋白可以将能量ATP分子转化为机械能，在微管表面运动，实现细胞中的物质运输，因而在体外被广泛研究，并尝试用于生物器件的构建。如何在空间和时间上有效控制线性马达驱动蛋白的运动，是实现构建智能生物器件的基础和关键问题。本项目基于层层组装技术、自组装、模板法等制备了一系列刺激响应性的功能微纳米球/胶囊/膜以及特定性质的限域通道，将其与线性驱动蛋白和微管共组装，构建活性仿生体系。通过改变外部环境，实现了能量ATP在微纳米球/胶囊中的可控合成和释放。通过表面修饰调控二维基底的界面性质，实现了基底表面的亲疏水分区，在亲水区域选择性吸附驱动蛋白，从而驱动微管在亲水区域形成的轨道中定向运动；通过表面修饰以及外加流体场，实现了微管的定向排列，进而引导驱动蛋白的定向运动。初步研究了驱动蛋白在不同物理化学条件下的活性和运动规律，为深入理解线性马达蛋白运动的生物机制及与之相关的疾病治疗提供重要的实验参考和依据。